一种基于单周期多点采样的pwm测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，所述系统包括PWM变流器阀控板模块、通信管理板模块和录波装置；所述PWM变流器阀控板模块通过通信管理板模块与录波装置通信。本发明提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，在单个采样周期内对PWM波形多点采样，把对PWM信号的实际采样频率提高了数倍；可以灵活配置，可以根据需求，设置成单周期16点、32点、48点等采样，以进一步提高采样频率，使测试录波波形更加精确，并可用于静止同步无功发生器SVG、静止同步无功补偿装置STATCOM、统一潮流控制器UPFC、高压直流输电装置的阀控装置中。
【专利说明】—种基于单周期多点采样的PWM测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试系统，具体讲涉及一种基于单周期多点采样的PWM测试系 统。
【背景技术】
[0002]目前，电力电子PWM变流器广泛应用在电力系统电能质量控制领域，如有源电力 滤波器APF、SVG、STATC0M等。变流器相应控制器的整体结构一般采用的是控保(负责调节 控制保护)、阀控(功率模块触发检测)、单元控制器(功率模块接口)的组成形式。
[0003]为了实时监测变流器装置的工作状态，装置的上位机一般有遥测、遥信、录波等功 能。其中录波功能可以在装置稳态或装置故障暂态时，把启动录波时刻前一段时间以及之 后一段时间的装置模拟量、开关信号等存到上位机中。变流器的信号采样频率一般选择每 工频周期128点(采样频率6.4kHz，采样周期156us)或256点((采样频率12.8kHz，采样周 期 78us)。
[0004]针对电流电压等模拟量，由于是工频变化，采样周期为156us或者78us时可以得 到较为完整的录波波形。但对于PWM变流器中PWM波形输出的测试，由于其开关频率范围 在几百Hz到几KHz，最小脉宽为数十us，若采样周期为156us或者78us，无法得到精确的 PWM录波波形。
[0005]目前PWM变流器上位机以及专用的电力系统故障录波装置中，都只有针对模拟 量、开入开出量的录波通道，没有专门针对PWM波形的录波功能。电力系统RTDS(Real-Time Digital Simulator,实时数字仿真系统)装置用户可以利用RTDS对单元控制器PWM输出 进行小步长采样得到PWM录波信号，但RTDS装置价格昂贵，使用较为复杂。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于单周期多点采样的PWM测 试系统，用于静止同步无功发生器SVG、静止同步无功补偿装置STATC0M、统一潮流控制器 UPFC、高压直流输电装置的阀控装置中。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0008]本发明提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，所述系统包括PWM变流器 阀控板模块、通信管理板模块和录波装置；所述PWM变流器阀控板模块通过通信管理板模 块与录波装置通信。
[0009]所述PWM变流器阀控板模块包括FPGA模块和DSP模块；所述FPGA模块根据正弦 脉宽调制方法，实时比较调制波和载波大小，生成PWM波形，与所述DSP模块通信。
[0010]所述FPGA模块在单个采样周期内，利用高频时钟，等时间间隔的多点采样PWM高 低信号，把PWM高低变化以I和0的形式存到同一录波信号量中；FPGA模块把录波信号量 发送给DSP模块，并在采样同步信号有效时，产生中断信号给DSP模块。
[0011]单个采样周期内设置N个采样点进行采样，N取16、32或48。[0012]所述DSP模块对接收的中断信号进行中断处理，控制地址总线及数据总线及相关读写使能信号，DSP模块同时接收录波信号量，并启动背板通信，控制背板通信时序，经背板总线把录波信号量发送给通信管理板模块。
[0013]所述通信管理板模块包括SRAM存储器和NAND FLASH存储器；所述SRAM存储器用于存储所述通信管理板模块接收的预录波信号量，所述NAND FLASH存储器用于存储启动录波后的录波信号量。
[0014]所述通信管理板模块按照录波协议把存储的录波信号量传给所述录波装置。
[0015]所述录波装置在单个采样周期内，解析PWM高低信号并按照时间先后顺序，等时间间隔完成单个采样周期的录波描点。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0017]I)可用于静止同步无功发生器SVG、静止同步无功补偿装置STATC0M、统一潮流控制器UPFC、高压直流输电装置的阀控装置中；
[0018]2 )本发明在单个采样周期内对PWM波形多点采样，把对PWM信号的实际采样频率提高了数倍；
[0019]3)实现PWM测试成本较低，简单可靠，无需复杂且价格昂贵的RTDS装置；
[0020]4)可以灵活配置，可以根据需求，设置成单周期16点、32点、48点等采样，以进一步提高采样频率，使测试录波波形更加精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是基于单周期多点采样的PWM测试系统结构框图；
[0022]图2是单周期多点采样的PWM测试过程图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0024]本发明提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，所述系统包括PWM变流器阀控板模块、通信管理板模块和录波装置；所述PWM变流器阀控板模块通过通信管理板模块与录波装置通信。
[0025]所述PWM变流器阀控板模块包括FPGA模块和DSP模块；所述FPGA模块根据正弦脉宽调制方法，实时比较调制波和载波大小，生成P丽波形，与所述DSP模块通信。
[0026]所述FPGA模块在单个采样周期内，利用高频时钟，等时间间隔的多点采样PWM高低信号，把PWM高低变化以I和O的形式存到同一录波信号量中；FPGA模块把录波信号量发送给DSP模块，并在采样同步信号有效时，产生中断信号给DSP模块。
[0027]单个采样周期内设置N个采样点进行采样，N取16、32或48。
[0028]所述DSP模块对接收的中断信号进行中断处理，控制地址总线及数据总线及相关读写使能信号，DSP模块同时接收录波信号量，并启动背板通信，控制背板通信时序，经背板总线把录波信号量发送给通信管理板模块。
[0029]所述通信管理板模块包括SRAM存储器和NAND FLASH存储器；所述SRAM存储器用于存储所述通信管理板模块接收的预录波信号量，所述NAND FLASH存储器用于存储启动录波后的录波信号量。[0030]所述通信管理板模块按照录波协议把存储的录波信号量传给所述录波装置。
[0031]所述录波装置在单个采样周期内，解析PWM高低信号并按照时间先后顺序，等时间间隔完成单个采样周期的录波描点。
[0032]实施例
[0033]下面以采样周期156us、每周期16个点进行PWM采样为例，对本发明的实施例作详细说明。
[0034]如图1，本发明提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，包括PWM变流器阀控板模块、通信管理板模块和录波装置；所述PWM变流器阀控板模块通过通信管理板模块与录波装置通信。
[0035]所述PWM变流器阀控板模块包括FPGA模块和DSP模块；所述FPGA模块根据正弦脉宽调制方法，实时比较调制波和载波大小，生成PWM波形，与所述DSP模块通信。
[0036]所述FPGA模块采用XC3S5000芯片；所述DSP模块采用TMS320F28335芯片。
[0037]假设FPGA模块和DSP模块双口 RAM通信时间间隔为156us，双口 RAM中断信号由FPGA模块产生，周期也为156us。FPGA模块内部采用20MHz时钟采样和计数，PWM脉宽为32us，针对以上情况，如图2所示，测试系统按照以下过程实现单周期多点采样PWM测试:
[0038]I)采样同步信号采用双口 RAM中断信号，20MHz时钟检测到该信号拉高后，FPGA模块开始采样PWM输出；
[0039]2) 20MHz时钟每计9.75us进行一次PWM输出采样，并依次把采样值从低位到高位存入一个16位的PWM采样信号量，即:0us采样值存入信号量bitO，9.75us采样值存入bitl, 9.75氺2us采样值存入bit2，类推，9.75*n us采样值存入bit (η)，采样时间到
9.75*15=146.25us时，把PWM输出采样值存入信号量bitl5 ；
[0040]3)下一采样同步信号有效时，FPGA模块把上一周期的PWM信号量发送给DSP模块，通信管理板模块通过背板McBSP总线接收到阀控板发送的PWM信号量并发送给录波装置录波；
[0041]4)录波装置得到录波PWM信号量录波数据后，在156us内，按照从低位到高位的顺序，等时间间隔(9.75us)依次取相应bit位的值进行O或I描点。
[0042]至此，实现了单周期(156us)多点(16点)采样PWM的测试，通过在录波装置中查看录波波形，相关人员可以判断FPGA输出的PWM是否正常。
[0043]由于采样同步信号与PWM高低变化时刻客观存在时间差并且离散采样，最终得到的采样值高低持续宽度与PWM实际宽度会有误差，单周期16点采样误差范围:±7.95us。本例由于离散采样，误差为4*7.95us-32us= + 7us，即采样得到的PWM宽度为39us。可以通过提高单周期采样的点数(如32点、48点等)来进一步减小该误差。
[0044]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于:所述系统包括PWM变流器阀控板模块、通信管理板模块和录波装置；所述PWM变流器阀控板模块通过通信管理板模块与录波装置通信。
2.根据权利要求1所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于:所述PWM 变流器阀控板模块包括FPGA模块和DSP模块；所述FPGA模块根据正弦脉宽调制方法，实时比较调制波和载波大小，生成PWM波形，与所述DSP模块通信。
3.根据权利要求2所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于:所述 FPGA模块在单个采样周期内，利用高频时钟，等时间间隔的多点采样PWM高低信号，把PWM 高低变化以I和O的形式存到同一录波信号量中；FPGA模块把录波信号量发送给DSP模块， 并在采样同步信号有效时，产生中断信号给DSP模块。
4.根据权利要求3所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于:单个采样周期内设置N个采样点进行采样，N取16、32或48。
5.根据权利要求3所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于:所述DSP 模块对接收的中断信号进行中断处理，控制地址总线及数据总线及相关读写使能信号，DSP 模块同时接收录波信号量，并启动背板通信，控制背板通信时序，经背板总线把录波信号量发送给通信管理板模块。
6.根据权利要求1或5所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于:所述通信管理板模块包括SRAM存储器和NAND FLASH存储器；所述SRAM存储器用于存储所述通信管理板模块接收的预录波信号量，所述NAND FLASH存储器用于存储启动录波后的录波信号量。
7.根据权利要求1所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于:所述通信管理板模块按照录波协议把存储的录波信号量传给所述录波装置。
8.根据权利要求7所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于:所述录波装置在单个采样周期内，解析PWM高低信号并按照时间先后顺序，等时间间隔完成单个采样周期的录波描点。
【文档编号】G01R31/00GK103605028SQ201310611927
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】赵波, 张佃青, 詹雄 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞科技有限公司